Архитектуры локальных компьютерных сетей. Основы организации сети

Ethernet - самая популярная из используемых сегодня физическая архитектура сети. Созданная в 60-х годах в Гавайском университете как сеть ALOHA, она стала первой пакетной радиосетью, в которой используется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).

В 1972 г. Роберт Меткалф и Девид Боффс реализовали в Xerox PARC сетевую архитектуру с кабельной системой и схемой передачи сигналов, а в 1975 г. они выпустили первый продукт Ethernet. Эта оригинальная сеть позволяла соединить более 100 компьютеров в сети со скоростью передачи данных менее 3 Мбит/с на расстоянии от одного километра.

На основе оригинальной спецификации компания Xerox, Intel и Digital создали расширенную спецификацию сети, позволяющую передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Данная спецификация стала основой для более позднего стандарта IEEE 802.3. В 1990 г. комитет IEEE 802.3 выпустил спецификацию для Ethernet, функционирующую на кабеле «витая пара».

Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию, в которой используется передача сигнала в основной полосе частот и метод арбитража доступа к сети CSMA/CD. Среда передачи данных Ethernet пассивна, т.е.передачей сигналов по сети управляют компьютеры.

Ethernet осуществляет арбитраж доступа к сети по методу множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Это означает что в каждый момент времени сеть может использовать только одна рабочая станция. CSMA/CD функционирует аналогично старым телефонным системам применявшимся в сельских районах. При необходимости поговорить по телефону нужно было снять трубку и послушать, не использует ли кто-нибудь линию. Если линия уже занята, то нельзя было уже набрать номер или разговаривать. Приходилось просто вешать трубку и ждать, а затем снова слушать, свободна ли линия. Когда два человека одновременно набирали номер, то возникал «конфликт», и им приходилось вешать трубки и пробовать снова. Первый из них, захвативший свободную линию, получал доступ и мог позвонить.

В Ethernet рабочие станции посылают сигналы (пакеты) по сети. При возникновении конфликта они они прекращают передачу, ждут в течении случайного периода времени, а затем повторяют её. Используя подобные правила, рабочие станции должны конкурировать между собой за возможность передать информацию по сети. По этой причине Ethernet называется системой с конкуренцией за захват линии. Большинство сетей Ethernet работает со скоростью 10 Мбит/с.

Кадр Ethernet IEEE 802.3

Комитет 802ю3 определил стандартный базис для всех типов кадров Ethernet. Минимальная длина кадра составляет 24 октета, максимальная ограничена 1500 октетами, включая полезные данные и заголовки. Для идентификации получателя и отправителя каждого пакета используются заголовки. Единственное ограничение идентификации - каждый адрес должен быть уникальным и состоять из шести октетов.

Первые 12 октетов каждого пакета отводятся под целевой адрес длиной 6 октетов (адрес предполагаемого получателя) и исходный адрес (адрес отправителя). Данные адреса являются кодами адресов аппаратного уровня и часто упоминаются как МАС-адреса. В качестве МАС-адреса может выступать либо уникальный «универсально настраиваемый адрес», который автоматически присваивается всем сетевым адаптерам Ethernet во время их изготовления, либо заданный при установке адрес. Автоматически присваиваемый МАС-адрес состоит из шести двузначных шестнадцатеричных чисел, разделённых двоеточием, например, 99:02:11:D1:8F:19. Первые две пары чисел являются идентификационным номером изготовителя. Каждый изготовитель сетевых адаптеров должен быть лицензирован IEEE и получить уникальный идентификационный номер и диапазон МАС-адресов.

Настраиваемые адреса известны под названием «локально настраиваемых». Они предназначены для идентификации комнаты, отдела, владельца расширения голосовой почты и т.п. Использование локально-настраиваемых адресов может вооружить сетевого администратора чрезвычайно ценной при обнаружении неисправностей информацией. К сожалению, присвоение таких адресов может оказаться чрезвычайно сложной и длительной задачей.

Соответствующие стандарту 802 кадры могут содержать адрес единственного компьютера или ссылаться на группу рабочих станций с общей, определяемой характеристикой. Передача данных к группе машин называется многоадресной передачей.

В нормальных рабочих условиях сетевые карты Ethernet получают только те кадры, адрес получателя которых соответствует уникальному МАС-адресу карты или удовлетворяет критерию многоадресной передачи. Однако большинство сетевых адаптеров могут функционировать в режиме приёма всех сетевых пакетов, соответствующем приёму абсолютно всех пакетов локальной сети вне зависимости от адресов. Использование такого режима связано с возникновением опасности несанкционированного доступа со стороны другого пользователя локальной сети, а также с проблемой снижения производительности не только сети, но и самого компьютера.

Хотя большинство усовершенствований стандарта 802.3 по отношению к предыдущим версиям Ethernet коснулись собственного протокола, одно значительное усовершенствование было внесено и в структуру кадра 802.3. Комитету 802 был необходим самодостаточный стандарт, не зависящий от хорошего поведения других протоколов. Поэтому свойственное протоколам предыдущих версий Ethernet поле Type длиной в два октета было заменено на поле Length аналогичной длины.

Располагая заданной минимальной и максимальной длиной поля, определённой с помощью временного окна передачи сообщения в худшем случае, было необязательно определять размер кадра для клиентского протокола. Вместо этого рабочая группа 802.3 изменила назначение поля длиной в два октета, которое теперь явно определяло длину поля данных кадра, и возложила задачу идентификации протокола на LLC. Структура кадра проиллюстрирована на рис.1.1.

Рисунок 1.1. Кадр Ethernet стандарта IEEE 802.3

В кадре Ethernet стандарта IEEE 802.3 традиционное поле Type было заменено на поле Length. Вместо этого при необходимости идентификации типа протокола используется подкадр 802.2. Ещё одним усовершенствованием кадра 802.3 от предшественников является ограничение общего размера кадра в пределах от 64 до 1500 октетов, начиная от начала поля адреса получателя и до конца контрольной последовательности кадра.

Преамбула - это строка длиной в семь октетов, предшествующая каждому кадру и позволяющая синхронизировать передачу данных. Вслед за ней идёт ограничитель начала кадра (SFD). Само название этого октета говорит о его предназначении: он уведомляет о начале кадра все устройства локальной сети. За SFD следует повторяющаяся последовательность 1010101010.

SFD иногда рассматривается в качестве интегральной части преамбулы, а не части самого кадра, увеличивая тем самым размер преамбулы до восьми октетов.

Теперь рассмотрим предназначение контрольной последовательности кадра (FCS). Вычисленное значение присваивается этому полю компьютером, отсылающим кадр. Компьютер, получающий кадр, тоже знает способ вычисления значения и проверяет таким образом целостность пакета. Пакет может быть повреждён во время передачи из-за множества причин. Электромагнитные излучения, перекрёстные помехи и т.п. могут повредить пакет, не повлияв, однако, на его доставку по корректному адресу.

После получения пакета поле FCS проверяется на целостность с помощью методики циклического контроля избыточности (CRC). Принявший пакет компьютер выполняет те же вычисления, что и отославший пакет компьютер, и сравнивает полученное значение с прочитанным из поля FCS. Если значения совпали, можно быть уверенным, что прибыли корректные данные. В противном случае посылается запрос на повторную трансляцию пакета.

Ethernet 10 Мбит/с

В Ethernet применяются многие типы кабеля. В различных типах Ethernet применяются разные характеристики передачи сигналов, но во всех используется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/с и арбитраж доступа CSMA/CD. Вот четыре наиболее распространённых типа кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с:

10 Base 5 или толстая Ethernet с толстым коаксиальным кабелем

10 Base 2 или тонкая Ethernet с тонким коаксиальным кабелем

10 Base T, где применяется кабель типа «неэкранированная витая пара»

10 Base FL, в которой используется одно- или многомодовый волоконно-оптический кабель

Ethernet 100 Мбит/с

Для некоторых приложений скорости передачи 10 Мбит/с недостаточно. Существуют два конкурирующих стандарта, позволяющих увеличить традиционную производительность до 100 Мбит/с:

Ethernet 100 Base T или Fast Ethernet

При проектировании ЛВС для рабочих мест офиса на базе протокола Ethernet будет использоваться тип кабельной системы 10 Base T, который является наиболее оптимальным для небольших предприятий.

EtherNet стандарт IEEE 802.3

Это самый распространенный на сегодняшний день стандарт технологии сети.

Особенности:

• работает с коаксиальным кабелем, витой парой, оптическими кабелями;
• топология – шина, звезда;
• метод доступа – CSMA/CD.

Архитектура сетевой технологии Ethernet фактически объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия.

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks». Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей. Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года .

Дальнейшее развитие технологии EtherNet:

• 1982-1993 разработка 10Мбит/с EtherNet;
• 1995-1998 разработка Fast EtherNet;
• 1998-2002 разработка GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 разработка 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 разработка 40 и 100GigaBit EtherNet;
• 2010 по сей день разработка Terabit Ethernet.

На уровне MAC, который обеспечивает доступ к среде и передаче кадра, для идентификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные стандартом уникальные 6-байтовые адреса, называемые MAC-адресами. Обычно MAC-адрес записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цирф, разделенных тире или двоеточиями, например 00-29-5E-3C-5B-88. Каждый сетевой адаптер имеет MAC-адрес.

Структура MAC-адреса Ethernet:

• первый бит MAC-адреса получателя называется битом I/G (individual/group или широковещательным). В адресе источника он называется индикатором маршрута от источника (Source Route Indicator);
• второй бит определяет способ назначения адреса;
• три старших байта адреса называются защитным адресом (Burned In Address, BIA) или уникальным идентификатором организации (Organizationally UniqueIdentifier, OUI);
• за уникальность младших трех байт адреса отвечает сам производитель.

Некоторые сетевые программы, в частности wireshark, могут сразу отображать вместо кода производителя - название фирмы производителя данной сетевой карты.

Формат кадра технологии EtherNet

В сетях Ethernet существует 4 типа фреймов (кадров):

• кадр 802.3/LLC (или кадр Novell802.2),
• кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3),
• кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II),
• кадр Ethernet SNAP.

На практике в оборудовании EtherNet используется только один формат кадра, а именно кадр EtherNet DIX, который иногда называют кадром по номеру последнего стандарта DIX.

• Первые два поля заголовка отведены под адреса:
• DA (Destination Address) – MAC-адрес узла назначения;
• SA (Source Address) – MAC-адрес узла отправителя. Для доставки кадра достаточно одного адреса – адреса назначения, адрес источника помещается в кадр для того, чтобы узел, получивший кадр, знал, от кого пришел кадр и кому нужно на него ответить.
• Поле T (Type) содержит условный код протокола верхнего уровня, данные которого находятся в поле данных кадра, например шестнадцатеричное значение 08-00 соответствует проколу IP. Это поле требуется для поддержки интерфейсных функций мультиплексирования и демультиплексирования кадров при взаимодействии с протоколами верхних уровней.
• Поле данных. Если длина пользовательских данных меньше 46 байт, то это поле дополняется до минимального размера байтами заполнения.
• Поле контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS) состоит из 4 байт контрольной суммы. Это значение вычисляется по алгоритму CRC-32.

Кадр EtherNet DIX (II) не отражает разделения канального уровня EtherNet на уровень MAC и уровень LLC: его поля поддерживают функции обоих уровней, например интерфейсные функции поля T относятся у функциям уровня LLC, в то время как все остальные поля поддерживают функции уровня MAC.

Рассмотрим формат кадра EtherNet II на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Обратите внимание, что так как MAC адрес состоит из кода производителя и номера интерфейса, то сетевой анализатор сразу преобразует код производителя в название фирмы-изготовителя.

Таким образом в технологии EtherNet в качестве адреса назначения и адреса получателя выступают MAC адреса.

Стандарты технологии Ethernet

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных.

• l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма (1дм=2,54см), называемый «толстым» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), категории 3,4,5.
• l0Base-F - волоконно-оптический кабель.

Число 10 обозначает номинальную битовую скорость передачи данных стандарта, то есть 10Мбит/с а слово «Base» - метод передачи на одной базовой частоте. Последний символ обозначает тип кабеля.

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 500м. Станция подключаться к кабелю через приемопередатчик - трансивер. Трансивер соединяется с сетевым адаптером разъема DB-15 интерфейсным кабелем AUI. Требуется наличие терминаторов на каждом конце, для поглощения распространяющихся по кабелю сигналов.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей:

Стандарт сетей на коаксиальном кабеле разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 500*5=2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты.

l0Base-2

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 185 м. Для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор.

Также используется правило 5-4-3.

l0Base-T

Образует звездообразную топологию на основе концентратора, концентратор осуществляет функцию повторителя и образует единый моноканал, максимальная длина сегмента 100м. Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар. Одна пара для передачи данных от узла к концентратору - Tx, а другая для передачи данных от концентратора к узлу – Rx.
Правила «4-х хабов» для сетей на основе витой пары:
В стандарте сетей на витой паре определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов». Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети на основе витой пары составляет 5*100 = 500 м (максимальная длина сегмента 100м).

10Base-F

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Мах длина сегмента 1000м, мах число хабов 4, при общей длине сети не более 2500 м.

Стандарт 10Base-FL незначительное улучшение стандарта FOIRL. Мах длина сегмента 2000 м. Максимальное число хабов 4,а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Мах число хабов 5, мах длина одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Таблица. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

При рассмотрении правила «5-4-3» или «4-х хабов», в случае появления на пути распространения по кабелям воображаемого сигнала устройства типа «свич», расчет топологических ограничений начинается с нуля.

Пропускная способность сети Ethernet

Пропускная способность оценивается через количество кадров либо количество байт данных, передаваемых по сети за единицу времени. Если в сети не происходят коллизии, максимальная скорость передачи кадров минимального размера(64 байта) составляет 14881 кадров в секунду. При этом полезная пропускная способность для кадров Ethernet II – 5.48 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи кадров максимального размера (1500 байт) составляет 813 кадров в секунду. Полезная пропускная способность при этом составит 9.76 Мбит/с.

Теперь поговорим о технологиях, с помощью которых происходит передача пакетов данных. Сетевые технологии работают в сегментах локальных сетей и называются также LAN -технологиями или сетевыми спецификациями. Самой популярной сетевой технологией является Ethernet , но вы можете подыскать для своей сети другую, более подходящую технологию.

В этом разделе мы обсудим технологию Ethernet и ее разновидности: Ethernet , работающий на скорости 1 Гбит/с (гигабитный Ethernet ), и Ethernet , работающий на скорости 10 Гбит/с (десятигигабитный Ethernet ); поговорим о технологиях Token Ring, ATM ( Asynchronous Transfer Mode ) и беспроводной сети.

Как уже было сказано выше, сетевые технологии реализуются на канальном уровне стандартной модели OSI . Это значит, что их можно охарактеризовать физическими носителями и способом управления доступом к этим носителям. Работа в сети требует наличия связности отдельных сетевых устройств и определенного порядка их взаимодействия. По этой причине канальный уровень передачи данных еще называют уровнем управления доступом к среде или MAC-уровнем. Сообщения, расположенные на этом уровне, называются фреймами.

Порядок взаимодействия в сетевом соединении обеспечивается только за счет МАС-адресов (серийных номеров или идентификаторов). Для передачи сообщения из локальной сети во внешнюю необходим протокол сетевого уровня, например IP . Сетевые технологии могут функционировать только в коммутируемых объединенных сетях, т.е. их целесообразно использовать в локальных сетях или при передаче по простым, неразветвленным, протяженным маршрутам.

Сетевые технологии работают на двух уровнях.

• Сети общего доступа. Сетевые технологии обеспечивают связь между устройствами, рабочими группами и общими ресурсами типа принтеров и серверов. Такие локальные сети формируются с помощью хабов или коммутаторов и обеспечивают соединение "местного" масштаба. Например, в крупном учреждении сети общего доступа могут охватить один этаж.
• Магистральные сети. Сетевые технологии устанавливают связи между сетями общего доступа и такими устройствами, как серверы баз данных и почтовые серверы. Магистральные сети включают в себя маршрутизаторы и LAN-коммутаторы. Обычно они служат для соединения сетей внутри одного здания или студенческого городка. На рисунке 1.4 показано различие между сетями общего доступа и магистральными сетями.

До сих пор в этой лекции мы обсуждали тот факт, что разные компьютеры могут общаться друг с другом с помощью уникальных, присущих только им способов. Но общаются не только компьютеры. Некоторые компании разработали свои собственные средства преодоления межсетевого пространства как локального, так и глобального масштаба.

Ethernet

В 1970 г. корпорация Xerox разработала первую версию Ethernet. Спустя десять лет, в результате совместных усилий с компаниями Intel и Digital Equipment Corporation (позже превратившейся в Compaq), в 1983 г. была выпущена вторая версия. В последующие 20 лет Ethernet стала лидирующей сетевой технологией. Возможно, такой популярности Ethernet обязана своей дешевизне. Сетевая карта Ethernet стоит меньше 10 долларов, а некоторые производители интегрируют Ethernet-карты в материнские платы своих компьютеров.

Наряду с популярностью возрастала и мощность Ethernet. Термин Ethernet стал применяться при описании технологии со скоростью передачи данных в 10 Мб/с. Fast Ethernet, внедренный в 1995 г., работал на скорости 100 Мб/с. В следующем году появился гигабитный Ethernet, а в 2002 г. в качестве стандарта был предложен 10-гигабитный Ethernet, который выводит технологию Ethernet на просторы глобальных вычислительных сетей (WAN). Технология Ethernet удовлетворяет спецификации IEEE 802.3.

Примечание. Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute for Electronics Engineers - IEEE), возникший еще в 20 веке, разработал стандарты для первого и второго уровней модели OSI. Стандарты 3 уровня (и выше) выпустила инженерная группа проектирования интернета ( Internet Engineering Task Force - IETF).

Архитектура Ethernet

Популярность Ethernet нередко вызывает удивление. Эта технология изначально не является эффективной. На самом деле только 37 % полосы пропускания подходит для ее функционирования, так как Ethernet работает в условиях одновременного использования канала связи. Устройства, подключенные к локальной сети Ethernet, прослушивают линию и ожидают ее освобождения для отправки сообщения. Если два устройства одновременно начинают передачу данных, и их пакеты сталкиваются, то обе передачи прерываются, и рабочие станции через некоторое время, определяемое случайным образом, осуществляют новую попытку отправки данных.

Ethernet использует алгоритм CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов) для прослушивания линии, распознавания коллизии и прерывания передачи. CSMA/CD является "светофором" технологии Ethernet и служит для предотвращения беспорядочных столкновений пакетов в сети. На рисунке 1.5 показано, как работает алгоритм CSMA/CD.

Технология Ethernet использует общую среду передачи, поэтому все устройства локальной сети Ethernet получают все сообщения, а затем проверяют, совпадает ли адрес назначения с собственным адресом устройства. Если адреса совпадают, то сообщение принимается и проходит через все семь уровней стека, в противном случае сообщение отбрасывается.

Реализация коммутируемой архитектуры сети Ethernet имеет преимущество в том, что линии, связывающие коммутатор с устройствами, подключенными к сети, получают полосу пропускания максимальной ширины. Это объясняется тем, что передаваемые пакеты не отправляются широковещанием ко всем устройствам сети, а передаются от коммутатора к пункту назначения.

Гигабитный Ethernet

Гигабитный Ethernet является расширением Ethernet-стандарта до скорости 1000 Мб/с. Такой скачок вызван тем, что он наследует возможности других Ethernet-спецификаций (исходного 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Fast Ethernet).

Технология гигабитного Ethernet является основным конкурентом технологии ATM. (Об этой технологии мы будем кратко говорить далее). Так как Ethernet является самой популярной сетевой технологией, то гигабитный Ethernet выигрывает у ATM, поскольку является более изученным. Изначально он разрабатывался для эксплуатации в локальных сетях, но при возрастании скорости передачи данных до 1 Гбит/с его можно использовать в качестве WAN-технологии.

Несмотря на высокую скорость передачи, Ethernet не совсем подходит для глобальных сетей. Эта технология использует кадры переменного размера - от 64 до 1400 байт, что не соответствует характеристикам ATM по качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).

Примечание. Качество обслуживания (QoS) гарантирует наиболее эффективную отправку и получение пакетов. В "Подключения к рабочим группам" мы более подробно рассмотрим QoS и его реализацию в Windows XP.

Разумеется, о конкретных нуждах и эксплуатационных возможностях организации можно говорить долго. Если компания не делает акцент на характеристики QoS и имеет достаточную базу знаний об Ethernet, то идеальным решением для нее является гигабитный Ethernet. Популярным решением такой сети является подключение локальных сетей общего доступа с технологией Fast Ethernet к магистральной сети , работающей по технологии гигабитного Ethernet.

10-гигабитный Ethernet

Следующей ступенькой в развитии Ethernet стал 10-гигабитный Ethernet. Скорости передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с в технологии Ethernet делают ее хорошим способом доступа к данным, гигабитный Ethernet становится претендентом на роль WAN. А 10-гигабитная реализация Ethernet становится настоящей глобальной сетевой технологией.

10-гигабитный Ethernet использует Ethernet-протокол, формат кадра и размер кадра, определенные в спецификации IEEE 802.3. Переменный размер кадров по-прежнему остается проблемой, однако принципиальных трудностей для группировки множества мелких пакетов в один большой транк ( trunk ) технологии 10-гигабитного Ethernet, не существует. Все "за" и "против" должны рассматриваться для конкретной организации или ситуации.

Сетевая архитектура (network architecture) - это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. Сетевая архитектура определяет сетевую технологию - согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. «Достаточный» подразумевает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить такие известные технологии ЛВС, как Ethernet, Token Ring, FDDI, или же технологии территориальных сетей X.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами* Драйвер (driver) - программа, управляющая контроллером периферийного устройства (ПУ). Контроллеры ПУ принимают команды и данные от процессора в свой внутренний буфер, который часто называется регистром или портом, затем выполняют необходимые преобразования этих данных и команд в соответствии с форматами, понятными ПУ, и выдают их на внешний интерфейс, т.е. набор проводов, соединяющих компьютер и ПУ для обмена информацией по этим проводам согласно определенному набору правил, называемому протоколом. (Согласно сложившейся практике, производители периферийных устройств и устанавливаемых в компьютер плат контроллеров отвечают и за поставку к ним драйверов). Распределение обязанностей между контроллером и драйвером ПУ может быть разным, но обычно контроллер выполняет набор простых команд по управлению ПУ, а драйвер использует эти команды, чтобы заставить устройство совершать более сложные действия по некоторому алгоритму. Для одного и того же контроллера можно разработать различные драйверы, которые будут управлять данным ПУ по-разному - одни лучше, а другие хуже - в зависимости от опыта и способностей программистов, их разработавших. Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети - компьютере и выполняют совместно две операции: передачу и прием кадра. Сетевые драйверы обеспечивают связь между платами с/а и работающими на компьютере редиректорами. Редиректор принимает запросы ввода/вывода, относящиеся к файлам на удаленном компьютере и переадресовывает их по сети на тот удаленный компьютер. В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т.д., концентраторы, коммутаторы, кабельную систему - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

В настоящее время наиболее популярной сетевой технологией является Ethernet. В конце 1960-х годов Гавайский университет, расположенный на обширной территории, разработал глобальную вычислительную сеть (ГВС) под названием ALOHA, объединив все имеющиеся у него компьютеры. Это была первая сеть, построенная на принципе случайного метода доступа к разделяемой среде передачи данных (в качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны, как в случае сети ALOHA).

Метод доступа - набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю (т.е. они управляют траффиком в сети). Выбор метода доступа, который будет применен в сетевой среде, не менее важен, чем выбор правильного протокола. Методы доступа служат для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров, упорядочивая передачу и прием данных по сети и гарантируя, что в каждый момент времени только один компьютер может работать на передачу. Случайный метод доступа, который был реализован в сети ALOHA, получил название CSMA/CD (carrier-sense miltiple access and collision defection) - метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий. Коллизией называется ситуация, когда одновременно два или более компьютера решают, что сеть свободна, и начинают передавать данные, что приводит к тому, что передаваемые ими пакеты "столкнутся" друг с другом и будут испорчены. Название метода CSMA/CD интерпретируется следующим образом: все компьютеры сети как бы "прослушивают" кабель, отсюда - контроль несущей. Чаще всего сразу несколько компьютеров в сети "хотят" передать данные, отсюда - множественный доступ. Передавая данные, компьютеры "прослушивают" кабель, чтобы, обнаружив коллизии, приостановить передачу данных на случайный интервал времени, а затем возобновить передачу, отсюда - обнаружение коллизий.

Сеть ALOHA послужила основой для современных сетей Ethernet, первая из которых как конечный продукт появилась в 1975г. Первоначальная Ethernet представляла собой сеть со скоростью передачи 2,94 Мбит/с и объединяла более 100 компьютеров с помощью кабеля длиной в 1 км. В 1980г. был принят стандарт Ethernet. К настоящему времени число сетей, построенных на основе этой технологии, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях, - в 50 миллионов.

Основные характеристики сети Ethernet:

традиционная топология- линейная шина;

другие топологии- звезда-шина;

тип передачи- узкополостная Системы с узкополостной передачей данных (baseband) передают их в виде цифрового сигнала одной частоты. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного импульса, или другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания канала. Полоса пропускания - это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в сетях с узкополостной передачей посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно и передавать их, и принимать.;

метод доступа- CSMA/CD;

спецификации- IEEE 802.3;

скорость передачи данных- 10 и 100 Мбит/с;

кабельная система- толстый и тонкий коаксиальный кабель, неэкранированная витая пара

Постоянный доступ

Главное отличие постоянного доступа от коммутируемого (dial-up) заключается в том, что ваш компьютер подключен к Интернету постоянно. Следовательно, чтобы посмотреть электронную почту или заглянуть на какой-либо сайт, вам не нужно дозваниваться до модемного пула провайдера.

Телефон больше не нужен!

Если вы подключаетесь при помощи коммутируемого доступа (модема), то ваш телефон будет занят. И, наоборот, если по телефону кто-то разговаривает, вы не сможете выйти в Интернет. Ethernet избавил Вас от необходимости использовать телефон для выхода в Интернет. У вас вообще нет телефона? Для технологии Ethernet это не имеет значения – он является в полном смысле выделенной линией – отдельная, независимая высокоскоростная магистраль связывает Вас с глобальной сетью.

Высокая скорость

Ethernet относится к классу широкополосных (broadband) технологий. Он обеспечивает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с, причем симметрично – скорость не зависит от того, скачиваете Вы файл к себе на компьютер, или отправляете его. Обладатели различных DSL (ADSL, SDSL, VDSL и пр.) могут только мечтать о подобных скоростях. Высокая скорость позволяет комфортно работать с Web-сайтами, быстро перекачивать большие файлы и документы, работать с мультимедиа, полноценно использовать интерактивные приложения, поддерживать связь между несколькими филиалами так, как будто они расположены в соседних комнатах. Простой пример – оцифрованный фильм размером 700 мегабайт можно скачать всего за несколько минут.

Качество

Широкое использование оптоволокна, топологии типа “кольцо” с резервированием магистральных линий, “умные” концентраторы и маршрутизаторы не только увеличили пропускную способность сетей Ethernet, но и значительно увеличили их надежность и устойчивость к внешним воздействиям.

Простота подключения

Если говорить о подключении, Ethernet произвел настоящую революцию – рекордно дешевая и простая процедура подключения сделала его доступным каждому, кому нужен высокоскоростной доступ Интернет. На сегодняшний день, приличный модем стоит дороже, чем подключение выделенной линии по технологии Ethernet. Никакого специального дорогостоящего оборудования. Никаких специальных настроек или специального программного обеспечения. Сетевая карта за 150-200 рублей (которая, кстати, зачастую уже встроена в материнскую плату) и все, Ваш компьютер готов к подключению. Затрудняетесь сами установить карту? Наши специалисты ее установят и настроят.

Ethernet в сравнении с другими технологиями доступа

Технология Ethernet обладает несколькими серьезными преимуществами.

По сравнению с различными вариантами DSL, не требуется телефон. Не имеет значения качество существующей телефонной линии – напомним, что телефоны с блокираторами или подключенные к пульту охраны, непригодны для DSL. Ethernet обеспечивает в десятки раз большие скорости передачи данных. Нет нужды покупать дорогостоящий DSL-модем. Вы получаете симметричный высокоскоростной канал, в то время как ADSL имеет высокую скорость передачи данных только в одном направлении. Кроме того, Ваши затраты на подключение значительно меньше.

Сети кабельного телевидения, если сравнить их с Ethernet, обладают крайне низкими скоростями, и невысокой надежностью. Главным образом в силу того, что наши сети Ethernet изначально проектируются как надежная и скоростная система доступа в Интернет, а “кабельщики” адаптируют не предназначенные для этого телевизионные сети на базе ненадежного коаксиального кабеля. К слову сказать, коаксиальный кабель практически не используется в локальных сетях уже более 7 лет именно ввиду низкой надежности и “капризности”. Кабельные модемы работают асимметрично, на все модемы выделяется полоса не более 40 мегабит/сек на вход, и на выход не более 20 мегабит/с, и эта полоса делится между всеми модемами и всеми пользователями, подключенными с каждого модема.

Рекордные скорости передачи данных на участке “последней мили” наряду с хорошей стабильностью и надежностью связи, дают пользователям Ethernet-линий возможность использовать сеть не только для работы в Интернет, но и для обмена мультимедийным трафиком.

Как работает Ethernet в масштабах города:

Как же технология, первоначально ориентированная на использование внутри зданий и офисов, смогла вырасти до размеров общегородской сети?

Оптоволоконные магистрали

По сравнению с медными парами, оптоволоконные линии совершенно независимы от погодных условий, не боятся электромагнитных наводок, не горят от грозовых разрядов, в высшей степени стабильны и долговечны. Низкие потери при распространении света в кварцевом волокне сделали возможным связать между собой сегменты сети, удаленные на расстояния в несколько километров друг от друга. Если Вы нуждаетесь в наибольшей надежности, гарантируемой оптоволокном, мы заведем оптику непосредственно в офис или квартиру. Но при этом, естественно, возрастет стоимость подключения.

Топология “кольцо “.

Хоть и редко, но аварии случаются. Абсолютной надежных линий, увы, не существует – всегда есть вероятность разрушения магистралей, например, злоумышленниками, или при проведении работ коммунальными службами.

Но, поскольку основные магистрали имеют как минимум двукратное резервирование, даже разрыв магистральной линии зачастую остается незаметным для пользователей – управляемые коммутаторы автоматически переключаются на резервную линию, и даже в худшем варианте, перерыв в оказании услуги сведен к минимуму.

Подключение абонентов по витой паре

Несмотря на широкое использование оптоволоконных линий, медная витая пара по-прежнему используется при подключении абонентов на участке “узел сети – клиент”. Ввиду небольшой себестоимости и простоте монтажа, витая пара пока не имеет достойных конкурентов по соотношению “цена/качество”, и применяется для прокладки внутри зданий и офисов, связывая пользователя с ближайшим концентратором сети.

Перспективы

Ethernet практически единственная технология, которая способна сделать широкополосный доступ в Интернет действительно массовой услугой. Она уже сейчас делает постоянный доступ в Интернет столь же популярным, каким до последнего времени являлся коммутируемый доступ. Распространение доступа в Интернет через Ethernet можно сравнить с той революцией, которая произошла несколько лет назад в области мобильной телефонной связи – из экзотики для VIP-персон “мобильник” превратился в массовую и общедоступную услугу.

Ethernet имеет очень хороший потенциал для дальнейшего развития – уже разработаны стандарты, позволяющие в десятки раз увеличить и без того высокую скорость передачи данных, а сетевые устройства постоянно дешевеют.

На сегодняшний день у технологии доступа в Интернет через Ethernet есть все права называться “Народным Интернетом”